專利名稱：晶片散熱系統(tǒng)及其散熱裝置結構與制造方法
技術領域：
本發(fā)明系關于一種晶片散熱系統(tǒng)及其散熱裝置的結構與制造方法，特別是關于該散熱裝置系由一種包含一金屬材料及一架狀結構的碳元素的導熱材料所組成。
背景技術：
以半導體制程為主的大型集成電路的應用近年來已普遍被社會大眾廣泛接受使用，舉凡如個人電腦、網(wǎng)路伺服器、動態(tài)隨機存取存儲器、各式驅動集成電路以及智慧型家電產(chǎn)品等等因族繁不及備載，故在此不予贅述；進而促使了半導體產(chǎn)業(yè)的快速成長與茁壯，政府甚至推行兩兆雙星重點產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展計畫，其中便包含半導體產(chǎn)業(yè)的培植與發(fā)展計畫，以提升國家在國際上的高科技競爭優(yōu)勢。由此所述，半導體產(chǎn)業(yè)的重要性已成為國人的高度共識，不但有助于提升國家的競爭力，更可使國人充分享受到半導體產(chǎn)業(yè)應用上帶來的便利性。
隨著半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，大型集成電路更朝向以小體積及高密集度的制程發(fā)展方向以期提升效能，因此各廠商均投入大量經(jīng)費進行以半導體制程的集成電路的研發(fā)與改良；而在各式集成電路中，又以中央處理單元晶片(CPU)系為集成電路研發(fā)與改良的重點，其可應用于個人電腦及各型伺服器等的核心系統(tǒng)，故個人電腦及各型伺服器在功能表現(xiàn)上的效能主要便由中央處理單元晶片的效能所決定；而在中央處理單元晶片隨著改良制程后可增加工作時脈以提升效能，但仍不可避免地相對也會伴隨更多廢熱的產(chǎn)生，若廢熱無法適時排除，將會降低如中央處理單元晶片的電子元件的效能，甚至造成損壞，故如何有效率地將廢熱自系統(tǒng)排放至外界乃成為一個非常重要的課題，有鑒于此，各式各樣的散熱系統(tǒng)及導熱材料便應運而生，以期望能達到提升散熱效率的目的。
請參閱圖1，其系乃現(xiàn)有的一種氣吹式晶片散熱系統(tǒng)1示意圖，包含一中央處理單元晶片11、一基板12及一散熱裝置13。其中該中央處理單元晶片11更包含多支針角111系用以將中央處理單元晶片11連接至基板12，而該基板12可為現(xiàn)有的主機板及顯示卡。另該散熱裝置13可包含一風扇131并可通過散熱膏132的涂布緊密貼合于中央處理單元晶片11的上緣。當中央處理單元晶片11運作時產(chǎn)生的廢熱，可經(jīng)由散熱膏132傳導至散熱裝置13，而散熱裝置13可再經(jīng)由風扇131制造的擾動氣流將廢熱排放至外界。
但是上述系統(tǒng)的散熱方式乃經(jīng)由風扇131制造的擾動氣流將廢熱排放至外界，故散熱效率受限于風扇131的大小及轉速以致于無法即時地將廢熱從散熱裝置13排放至外界，進而導致中央處理單元晶片11無法即時地將廢熱傳導至散熱裝置13，使得該中央處理單元晶片11累積過多的廢熱使其效能變差。
請參閱圖2，其系乃現(xiàn)有的一種水冷式晶片散熱系統(tǒng)2示意圖，包含一中央處理單元晶片21、一基板22、一散熱裝置23、一熱交換裝置24以及一泵浦裝置25。其中該中央處理單元晶片21更包含多支針角211系用以將中央處理單元晶片21連接至基板22，而該基板22可為現(xiàn)有的主機板及顯示卡。另該散熱裝置23并可通過散熱膏231的涂布緊密貼合于中央處理單元晶片21的上緣。又泵浦裝置25、散熱裝置23及熱交換裝置24更可通過導管251相互連接，其中泵浦裝置25可將水流(未標示于圖中)系經(jīng)由導管251在散熱裝置23及熱交換裝置24間循環(huán)流動。
當中央處理單元晶片21運作時產(chǎn)生的廢熱，可經(jīng)由散熱膏231傳導至散熱裝置23，而散熱裝置23可再經(jīng)由水流的循環(huán)流動將廢熱帶至熱交換裝置24，而該熱交換裝置24更可包含一風扇241并經(jīng)由風扇241制造的擾動氣流將熱交換裝置24的廢熱排放至外界。
由于上述系統(tǒng)的散熱方式乃通過水此種高比熱材料循環(huán)流動時將廢熱傳導至熱交換裝置24，故散熱效率可經(jīng)由泵浦裝置25加快水的流動循環(huán)速率而有所提升；而熱交換裝置24由于不設置于基板22上，故沒有體積上的限制，亦即可以經(jīng)由增大風扇241大小及轉速而增加散熱效率；所以經(jīng)由上述的系統(tǒng)，可以有效地提升中央處理單元晶片21的散熱效率。
請一并參閱圖3，其系為圖2所描述的散熱裝置23的結構分解示意圖，該散熱裝置23可對稱地拆解成上半部232及下半部233，而上半部232及下半部233可具有相同結構。其中下半部233更可包含兩個半圓孔洞2331以及形成于下半部233內部的一凹槽空間2332，而上半部232亦可包含兩個半圓孔洞2321以及形成于上半部232內部的一凹槽空間(未標示于圖中)；當上半部232及下半部233結合時，其半圓孔洞2321、2331可結合為一圓孔洞以供導管251連接至散熱裝置23作為水流進出的一開口，而形成于上半部232及下半部233的凹槽空間更可提供水流的一通道，使得水流可在散熱裝置23內經(jīng)由傳導接收其廢熱，并進行流動而將散熱裝置23的廢熱帶離。
雖然水流的流速可通過泵浦裝置加壓而提升水流循環(huán)，但是若散熱裝置材質的熱傳導不佳，無法即時地將廢熱傳導給水流帶走，則依然會導致散熱不佳的問題。日前一般適用于散熱裝置的導熱材質大多為鋁、銅、銀或其合金，雖然其具有高導熱系數(shù)的特性，但在中央處理單元晶片效能日趨大幅提升，及其廢熱產(chǎn)生速率亦相對大幅提升下，此類的導熱材質已無法滿足高散熱效率的要求，故尋找一種替代性的導熱材料乃成為一重要的課題。
現(xiàn)有的鉆石材料因具有高硬度、高導熱系數(shù)、透光范圍廣以及耐腐蝕等特性，長久以來一直是工程上重要的材料的一。鉆石材料的導熱系數(shù)在常溫下是銅的五倍，且高溫時其紅外線輻射也加強，間接增加其散熱效果，因此鉆石材料在高溫時更能突顯其散熱效能。但是，天然單晶鉆石的成本仍然相當昂貴，為了能提供產(chǎn)業(yè)上的應用遂發(fā)展出各種人造鉆石的技術以降低制造成本。因而，人造鉆石的技術在現(xiàn)有技藝中，已發(fā)展出許多不同的技術與制程，其中利用碳氫化合物直接分解的方法最為常見，如微波等離子體輔助化學氣相沉積法(Microwave Plasma enhance Chemical Vapor Deposition，MPCVD)、熱燈絲輔助化學氣相沉積法(Hot Filament CVD，HFCVD)，可以鍍制出多晶鉆石膜，此多晶鉆石膜仍然保有和天然單晶鉆石相同的物理特性。因此，提高了將鉆石材料廣泛應用到各種產(chǎn)業(yè)的價值。
藉此，開發(fā)一種導熱材料，該導熱材料系包含一金屬材料及一架狀結構的碳元素(如鉆石材料)而大幅提升其導熱系數(shù)以滿足現(xiàn)有現(xiàn)有的導熱材料散熱效率不佳的問題，實為集成電路應用產(chǎn)品的使用者殷切盼望及本發(fā)明人念茲在茲者，而本發(fā)明人基于多年從事于散熱系統(tǒng)及導熱材料研究開發(fā)與諸多實務經(jīng)驗，乃思及改良的意念，窮其個人的專業(yè)知識，并且經(jīng)多方研究設計與專題探討，至此提出一種晶片散熱系統(tǒng)及其散熱裝置的結構與制造方法以作為上述問題一解決方式與依據(jù)。

發(fā)明內容本發(fā)明提供一種晶片散熱系統(tǒng)及其散熱裝置的結構與制造方法。其中該晶片散熱系統(tǒng)包含一晶片、一散熱裝置、一熱交換裝置、一泵浦裝置及復數(shù)條導管；而該散熱裝置系由一種導熱材料所組成，且該導熱材料包含一金屬材料及一架狀結構的碳元素。又該金屬材料可為銅、鋁、銀或其合金或其他高導熱系數(shù)的金屬材料，而該架狀結構的碳元素可為鉆石。此外，該架狀結構的碳元素亦可以僅只用于包覆于金屬材料表面或直接摻雜于金屬材料中或是上述兩者同時包含。而應用于該散熱裝置的導熱材料的制造方法則可包含以化學氣相沉積、物理氣相沉積、熔融、金屬射出成型、或其他材料制備方法。而上述的散熱裝置則因摻雜高導熱系數(shù)的架狀結構的碳元素或是被其包覆，故使得該散熱裝置的散熱效率大幅提升。
綜合上述，本發(fā)明提供的一種晶片散熱系統(tǒng)及其散熱裝置的結構與制造方法，可以滿足當今晶片散熱效率的要求，使得晶片運作上的品質大幅提升，不僅可以提升以半導體制程為主的集成電路產(chǎn)業(yè)的競爭力，更可讓國人在使用以集成電路為應用的產(chǎn)品時能享有最好的品質。
茲為使貴審查委員對本發(fā)明的技術特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，下文謹提供較佳的實施例及相關圖式以為輔佐的用，并以詳細的說明文字配合說明如后。

圖1系乃現(xiàn)有的一種氣吹式晶片散熱系統(tǒng)示意圖。
圖2系乃現(xiàn)有的一種水冷式晶片散熱系統(tǒng)示意圖。
圖3系乃現(xiàn)有的一種散熱裝置結構分解示意圖。
圖4系乃依據(jù)本發(fā)明的一種晶片散熱系統(tǒng)示意圖。
圖5系乃依據(jù)本發(fā)明的一種散熱裝置結構分解示意圖。
圖6系乃依據(jù)本發(fā)明的另一種散熱裝置結構分解示意圖。
圖7系乃依據(jù)本發(fā)明的一種晶片散熱系統(tǒng)的散熱裝置的制作方法示意圖。
圖8系乃依據(jù)本發(fā)明的另一種晶片散熱系統(tǒng)的散熱裝置的制作方法示意圖。
圖9系乃依據(jù)本發(fā)明的再一種晶片散熱系統(tǒng)的散熱裝置的制作方法示意圖。
具體實施方式請參閱圖4，其系為依據(jù)本發(fā)明的一種晶片散熱系統(tǒng)3示意圖，包含一晶片31、一基板32、一散熱裝置33、一熱交換裝置34及一泵浦裝置35。其中該晶片31可為一中央處理單元晶片且更包含多支針角311系用以將該晶片31連接至基板32，而該基板32可為現(xiàn)有的主機板及顯示卡。另該散熱裝置33并可通過散熱膏331的涂布緊密貼合于晶片31的上緣。又泵浦裝置35、散熱裝置33及熱交換裝置34更可通過導管351相互連接，其中泵浦裝置35可將一具有高比熱系數(shù)的流體(未標示于圖中)經(jīng)由導管351在散熱裝置33及熱交換裝置34間循環(huán)流動。接著該散熱裝置33系由一種導熱材料所組成，且該導熱材料包含一金屬材料及一架狀結構的碳元素，其中該金屬材料可為銅、鋁、銀或其合金或其他高導熱系數(shù)的金屬材料，而該架狀結構的碳元素可為鉆石。此外，該架狀結構的碳元素亦可以僅只用于包覆于金屬材料表面或直接摻雜于金屬材料中或是上述兩者同時包含。
當中央處理單元晶片31運作時產(chǎn)生的廢熱，可經(jīng)由散熱膏331傳導至散熱裝置33，而散熱裝置33可再經(jīng)由該流體(可為水)的循環(huán)流動將廢熱帶至熱交換裝置34，而該熱交換裝置34更可包含一氣流產(chǎn)生裝置341并經(jīng)由該氣流產(chǎn)生裝置341制造的擾動氣流將熱交換裝置34的廢熱排放至外界。
請一并參閱圖5，其系為圖4所描述的散熱裝置33的結構分解示意圖，該散熱裝置33可對稱地拆解成上半部332及下半部333，而上半部332及下半部333可具有相同結構。其中下半部333更可包含兩個半圓孔洞3331以及形成于下半部333內部的一凹槽空間3332，而上半部332亦可包含兩個半圓孔洞3321以及形成于上半部332內部的一凹槽空間(未標示于圖中)；當上半部332及下半部333結合時，其半圓孔洞3321、3331可結合為一圓孔洞以供導管351連接至散熱裝置33作為該流體進出的一開口，而形成于上半部332及下半部333的凹槽空間更可提供該流體的一通道，使得該流體可在散熱裝置33內經(jīng)由傳導接收其廢熱，并進行流動而將散熱裝置33的廢熱帶離散熱裝置33。
由上述的實施例可知，該散熱裝置33乃系依據(jù)本發(fā)明的一種導熱材料所組成，由于其高導熱系數(shù)故可迅速地將散熱裝置33的廢熱傳導給該流體，而該流體更可經(jīng)由該泵浦裝置35加壓迅速地在散熱裝置33及熱交換裝置34間循環(huán)流動，藉此可迅速地將散熱裝置33的廢熱帶至熱交換裝置34，而該熱交換裝置34更可通過提升氣流產(chǎn)生裝置341(可為一風扇)的效率而加速將熱交換裝置34的廢熱排放至外界，以提升整個系統(tǒng)的散熱效率；所以經(jīng)由上述的系統(tǒng)，可以有效地提升晶片31的散熱效率。
請再一并參閱圖6，其系乃圖5所描述的散熱裝置33的下半部333結構的另一分解示意圖，其中更包含多個散熱鰭片3333形成于凹槽空間3332并連接于散熱裝置33的下半部333。當該流體在凹槽空間3332所形成的通道內流動時，更可通過散熱鰭片3333傳導而迅速接收散熱裝置33的廢熱，故此結構更可增加晶片的散熱效率。又散熱鰭片3333亦可系由一種依據(jù)本發(fā)明的導熱材料所組成，且該導熱材料包含一金屬材料及一架狀結構的碳元素，以增加散熱鰭片3333的熱傳導系數(shù)并增加整體系統(tǒng)的散熱效率。
請參閱圖7，其系乃依據(jù)本發(fā)明的一種晶片散熱系統(tǒng)的散熱裝置的制作方法示意圖，該方法包含現(xiàn)有的金屬射出成型技術4，其中系有一模料供給器件41、一模料注射器件42及一模具組43。當欲進行金屬射出成型，遂將置放于模料供給器件41的模料經(jīng)由模料注射器件42注射進入由模具組43形成的模腔44成型。而該模料可為一金屬或包含一金屬及一架狀結構的碳元素的熔融材料，其中該金屬材料可為銅、鋁、銀或其合金或其他高導熱系數(shù)的金屬材料，由于該架狀結構的碳元素的熔點系高于前述的任一金屬的熔點，故可結合該金屬以及架狀結構的碳元素以形成一種模料。又該金屬射出成型品的結構即為模腔44的形狀，在此實施例中，該模腔44的形狀可為如圖5所示的下半部333的結構，同法亦可得如圖5所示的上半部332的結構，可再將上半部332及下半部333接合(可用焊接)即得如圖4所示的散熱裝置33。
請參閱圖8，其系乃依據(jù)本發(fā)明的另一種晶片散熱系統(tǒng)的散熱裝置的制作方法示意圖，該方法包含現(xiàn)有的微波等離子體輔助化學氣相沉積法5，系用于將價狀結構的碳元素形成于一金屬表面，特別是如圖4的散熱裝置33的表面，其反應程序乃先將欲反應的混合氣體由氣體輸入口51輸入至氣體反應室52。同時，微波產(chǎn)生系統(tǒng)53產(chǎn)生微波使混合氣體產(chǎn)生活性的反應性離子進行反應，并逐漸吸附于支撐架54上的金屬材質結構55的表面以形成一架狀結構的碳元素膜(可為鉆石膜)。該金屬材質結構55可以是經(jīng)由圖7所述方法成型的一散熱裝置，該散熱裝置可為銅、鋁、銀或其合金或其他高導熱系數(shù)的金屬材料所組成，而剩余氣體則經(jīng)由廢氣排出口56排放的，以此反應程序進而獲得表面覆蓋鉆石的導熱材料。在此實施例中該金屬材質結構55亦可為如圖5所示的上半部332或下半部333，待沉積一架狀結構的碳元素膜后接合成如圖4所示的散熱裝置33。
請參閱圖9，其系乃依據(jù)本發(fā)明的再一種晶片散熱系統(tǒng)的散熱裝置的制作方法示意圖，該方法包含現(xiàn)有的離子束濺鍍法6，而離子束濺鍍法6乃一種物理氣相沉積方法系用于將價狀結構的碳元素形成于一金屬表面，特別是如圖4的散熱裝置33的表面，其制備程序系先以價狀結構的碳元素材料壓制一靶材61，其置放角度與第一離子槍62的離子束出射方向夾角約四十五度左右，使由第一離子槍62擊射而飛濺的架狀結構的碳元素微粒飛行至第二離子槍63前方，再經(jīng)由第二離子槍63給予架狀結構的碳元素微粒足夠的動能以濺鍍至金屬材質結構64表面上形成均勻的架狀結構的碳元素膜，該金屬材質結構64可以是經(jīng)圖7所述方法成型的一散熱裝置，該散熱裝置可為銅、鋁、銀或其合金或其他高導熱系數(shù)的金屬材料所組成，而剩余的架狀結構的碳元素微粒則經(jīng)由廢氣排出口65排放的。在此實施例中該金屬材質結構64亦可為如圖5所示的上半部332或下半部333，待沉積一架狀結構的碳元素膜后接合成如圖4所示的散熱裝置33。
由上述的實施例說明，利用本發(fā)明提供的一種晶片散熱系統(tǒng)及其散熱裝置的結構與制造方法，可以大幅提高散熱效率以滿足集成電路晶片愈趨產(chǎn)生大量廢熱的問題。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種晶片散熱系統(tǒng)，適用于一晶片散熱，該晶片散熱系統(tǒng)包含一散熱裝置，系用以接收該晶片的一廢熱，該散熱裝置系由一導熱材料所組成，且該導熱材料系包含一金屬材料及一架狀結構的碳元素；一熱交換裝置，系用以排放該廢熱；至少兩導管，系用以連接該散熱裝置及該熱交換裝置的至少兩連接端；以及一泵浦裝置，系用以將一流體經(jīng)由該導管于該散熱裝置及該熱交換裝置內循環(huán)流動。
2.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該晶片系為一中央處理單元晶片。
3.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該金屬材料系為銅材質。
4.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該金屬材料系為銀材質。
5.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該金屬材料系為鋁材質。
6.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該金屬材料系為一具高導熱系數(shù)的金屬合金材質。
7.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該架狀結構的碳元素系為鉆石。
8.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該導熱材料系為一化學氣相沉積而形成。
9.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該導熱材料系為一物理氣相沉積而形成。
10.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該導熱材料系為一熔融方式向形成。
11.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該散熱裝置系為一金屬射出成型方式而形成。
12.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該散熱裝置更包含多個散熱鰭片。
13.根據(jù)權利要求12所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該散熱鰭片系由該導熱材料所組成。
14.根據(jù)權利要求1所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該熱交換裝置更包含一氣流產(chǎn)生裝置。
15.根據(jù)權利要求14所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該氣流產(chǎn)生裝置系為一風扇。
16.根據(jù)權利要求14所述的晶片散熱系統(tǒng)，其特征在于，該流體系為水。
17.一種散熱裝置制造方法，包含利用一制程方式產(chǎn)生具有一金屬材料及一架狀結構的碳元素的一導熱材料；以及利用一沖模方式使該導熱材料形成一散熱裝置且該散熱裝置具有一殼體結構系具有至少兩孔洞形成于該殼體上，且至少一通道形成于該殼體內部系用以連接該對應的兩孔洞。
18.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含提供銅材質作為該金屬材料。
19.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含提供銀材質作為該金屬材料。
20.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含提供鋁材質作為該金屬材料。
21.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含提供一具高導熱系數(shù)的金屬合金材質作為該金屬材料。
22.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含提供鉆石作為該架狀結構的碳元素。
23.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含利用一化學氣相沈積作為形成該導熱材料的該制程方式。
24.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含利用一物理氣相沈積作為形成該導熱材料的該制程方式。
25.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含利用一熔融方式作為形成該導熱材料的該制程方式。
26.根據(jù)權利要求17所述的散熱裝置制造方法，其特征在于，更包含利用一金屬射出成型方式作為該沖模方式。
全文摘要
本發(fā)明系揭露一種晶片散熱系統(tǒng)及其散熱裝置結構與制造方法，該晶片散熱系統(tǒng)系用于一晶片散熱，其中包含一散熱裝置、一熱交換裝置、一泵浦裝置以及至少兩導管。該散熱裝置系用以接收該晶片的一廢熱，且該散熱裝置系由一導熱材料所組成，又該導熱材料系包含一金屬材料及一架狀結構的碳元素；該熱交換裝置系用以排放該廢熱；該導管系用以連接該散熱裝置及該熱交換裝置的至少兩連接端；以及該泵浦裝置系用以將一流體經(jīng)由該導管于該散熱裝置及該熱交換裝置內循環(huán)流動。該架狀結構的碳元素具高導熱系數(shù)的特性以提高導熱材料的導熱效果，且該導熱材料制造方法則可以化學氣相沉積、物理氣相沉積、熔融、或其他材料制備方法來完成且該架狀結構的碳元素可以是包覆于該金屬材料表面或直接摻雜于該金屬材料之中。
文檔編號G06F1/20GK1845311SQ20051006489
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月7日 優(yōu)先權日2005年4月7日
發(fā)明者黃明漢, 鄭裕強, 陳兆逸, 郭欣隴, 李秉蔚, 蕭惟中, 李秉峰 申請人:神基科技股份有限公司